Como as florestas enfrentam as mudanças do clima

Compreender os mecanismos por trás da resiliência das árvores e identificar onde a recuperação de florestas é mais produtiva podem nortear ações de mitigação

Floresta Nacional do Tapajós: as folhas novas da maçaranduba, amareladas, nascem no final da estação seca

Rafael Oliveira / Unicamp

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Diego Freire

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14:03
4 set 2019

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ArqueologiaBotânicaEcologiaPaleontologia

Em fevereiro deste ano, pesquisadores do Brasil e da Alemanha publicaram artigo mostrando que a resiliência das florestas tem relação com a sazonalidade a que estão sujeitas: as árvores são mais resistentes nos locais em que a chuva é mais incerta. Essa propriedade parece ter relação com uma combinação de fatores que têm como protagonistas as próprias árvores e seus mecanismos hidráulicos, responsáveis pelo transporte eficiente de água pelo interior de seus troncos, de acordo com estudo publicado na edição de agosto da revista New Phytologist.

“Até pouco tempo atrás, pensava-se que o clima era o principal determinante da resiliência dos ecossistemas, que seriam, por sua vez, menos resistentes do que imaginamos hoje”, conta o biólogo Rafael Oliveira, da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “Temos visto que são sistemas extremamente dinâmicos e, apesar de o clima ter um impacto importante no seu funcionamento, são as propriedades inerentes às árvores que as fazem resistir.” Segundo o pesquisador, coordenador do trabalho, fatores ambientais – tanto do campo da biologia como climáticos – ao longo do tempo selecionaram características para cada tipo de ambiente, dando origem à diversidade genética e funcional que se vê hoje nos ecossistemas.

Caminho na Floresta Nacional do Caxiuanã: troncos altos exigem eficiência hidráulica para levar água das raízes ao topo. Rafael Oliveira / Unicamp

Para compreender a interação dos mecanismos hidráulicos com as variações climáticas, os pesquisadores estudaram 30 espécies de árvores em duas áreas do Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia (LBA), cooperação científica internacional que investiga as interações entre a floresta amazônica e as condições atmosféricas e climáticas em escala regional e global. Uma delas está localizada em uma região úmida, a Reserva Biológica Cuieras, perto de Manaus, capital do Amazonas. A outra, a Floresta Nacional do Tapajós, na Amazônia oriental, é mais seca e com variabilidade interanual de chuvas acentuada, o que significa que em alguns anos chove muito e, em outros, pouco. “Se olhamos a Amazônia em imagens de satélite, ela parece ser uma grande floresta homogênea, ainda que sob climas diferentes. Olhando mais de perto, o que há são diferentes florestas, com composições diversas de espécies”, enfatiza Oliveira.

Até agora, trabalhos pioneiros em ecologia funcional – que estuda características com impacto no desempenho das plantas – analisaram aspectos das folhas, da madeira e de outras estruturas mais visíveis das árvores. Descobriu-se, por exemplo, que folhas mais espessas, com maior massa por unidade de área, tendem a uma longevidade maior; por outro lado, têm capacidade fotossintética e produtividade de carbono baixas.

Entrevista: Rafael Oliveira

     

No trabalho atual, examinou-se os mecanismos hidráulicos, que também integram as características funcionais das plantas. Dentro dos troncos das árvores, canais (ou vasos de xilema) levam água das raízes às folhas. Isso ocorre sem gasto de energia graças a propriedades físicas: uma sucção causada pelos estômatos (poros através dos quais os gases entram e saem das plantas, e por onde sai vapor d’água) abertos faz com que a coluna de água suba dezenas de metros, percorrendo toda a árvore. A tensão criada não pode ser forte demais sob o risco de o ar entrar pelos vasos condutores e impedir a planta de transportar água. O fenômeno é chamado de embolismo, o acúmulo de bolhas de ar na tubulação que vai do solo até as folhas.

Esse processo já estava descrito. A novidade foi adicionar essa propriedade ao estudo do funcionamento das árvores diante das variabilidades climáticas. Para isso, os pesquisadores testaram o comportamento de ramos de árvores expostas a condições diversas de clima em uma câmara de Scholander, dispositivo usado para calcular o potencial hídrico dos vegetais, como é chamado o déficit de água que ocorre em determinadas circunstâncias. Enquanto os ramos cortados secam dentro da câmara, um dispositivo calcula quanto de água permanece no xilema e o que entra de ar. 

O experimento foi repetido com várias espécies, principalmente as dominantes, como maçaranduba, breu, itaúba e quarubarana, que representam pelo menos 50% da área coberta por árvores nas regiões estudadas.

A floresta do Tapajós, que vive sob regime climático de maior variabilidade, com períodos mais frequentes de seca, revelou ter uma comunidade vegetal com árvores mais resistentes a embolismo, corroborando a hipótese de que a distribuição das espécies obedece certos filtros ambientais, com o clima selecionando aquelas mais resistentes. “Os modelos diziam o contrário: uma floresta com clima mais seco seria mais vulnerável, com risco maior de perecer ou passar a ter outro tipo de vegetação”, conta Oliveira. “Agora sabemos como as propriedades da floresta também conferem uma maior resistência e fazem com que o clima não determine, sozinho, seu futuro.”

Reserva Biológica Cuieras, perto de Manaus, um dos locais estudados: árvores secas são decíduas, que perdem as folhas periodicamente. Rafael Oliveira / Unicamp

Comportamento coletivo

O estudo também avaliou como a combinação de características das partes do ecossistema determinam o funcionamento do todo, algo conhecido como propriedades emergentes. “As florestas funcionam como uma comunidade, em que cada indivíduo tem suas peculiaridades, mas a combinação delas pode resultar em um comportamento coletivo próprio”, diz o biólogo da Unicamp. Primeiro, o estudo comprovou a diversidade de plantas e como a água é utilizada por cada uma delas. “Depois, precisávamos saber como as florestas se comportam: diante de um clima mais extremo, elas podem colapsar?”

Os pesquisadores da cooperação internacional LBA instalaram torres nas florestas realizando medições, como a quantidade de gás carbônico (CO₂) e de metano, para compreender a dinâmica de carbono e de água da floresta. As medidas foram feitas em 2015, ano em que ocorreu o fenômeno atmosférico El Niño, que levou a uma das secas mais extremas já registradas na região amazônica.

Para Oliveira, os dados também podem dar subsídio a estratégias de reflorestamento mais bem-sucedidas, na medida em que a compreensão das contribuições das partes separadamente explica a resistência da floresta como um todo.

Restauração de florestas

Apesar de terem desenvolvido mecanismos de resistência às variações do clima, menos de 50% das florestas tropicais que já existiram em todo o mundo permanecem de pé, com grande parte da cobertura florestal remanescente seriamente afetada por extração de madeira, incêndios, fragmentação, mineração e caça. Um estudo da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz da Universidade de São Paulo (Esalq-USP), com a colaboração de pesquisadores de instituições da Alemanha, da Austrália e dos Estados Unidos, identificou oportunidades de restauração em paisagens de floresta tropical de diversas regiões do planeta, considerando a viabilidade socioambiental de cada uma.

Fragmentos de floresta tropical isolados em meio a uma área agrícolaPedro Brancalion / Esalq-USP.

Foram quatro anos de análises de imagens de satélites cruzadas com dados socioeconômicos de todas as regiões incluídas no estudo. “O objetivo foi cobrir um conjunto de dados espaciais em escala global para atingir benefícios socioambientais, com consequências diretas e indiretas para a natureza, as economias e o bem-estar humano”, conta o engenheiro-agrônomo Pedro Brancalion, do Departamento de Ciências Florestais da Esalq. 

De acordo com o estudo, publicado em julho na revista Science Advances, a área global restaurável em paisagens tropicais é de 863 milhões de hectares (Mha), um território maior que o do Brasil – onde, inclusive, está a maior área adequada para restauração, a Mata Atlântica, com cerca de 40 Mha. Depois do território brasileiro, os países com maiores áreas restauráveis são Indonésia, Índia, Madagascar e Colômbia.

Para tornar viável a restauração dessas áreas, não interessa apenas a redução da extinção de espécies e a mitigação das mudanças climáticas, mas também a promoção de meios de subsistência sustentáveis e o custo-benefício do processo. “Não é razoável esperar que os países promovam iniciativas de restauração ‘apenas’ em benefício do meio ambiente”, pondera a ecóloga Robin Chazdon, da Universidade de Connecticut, nos Estados Unidos. Segundo ela, a maioria das nações ainda não tem capacidade de identificar áreas onde a regeneração natural de florestas tem um alto potencial e pode ser priorizada e, mesmo que essas regiões sejam identificadas, haveria pouca consciência dessa abordagem agora. 

De acordo com a pesquisadora, coautora do artigo, “o valor comercial das florestas plantadas é muito maior do que o das naturalmente regeneradas, pois elas são feitas sob medida para determinados fins”. Por isso, ela afirma, os países tendem a favorecer as plantações, que trazem benefícios econômicos diretos mais imediatos. Apesar disso, a pesquisadora defende que esforços para identificar áreas de florestas com alto potencial de regeneração natural também sejam empreendidos.

Critérios

Para priorizar as áreas estudadas e garantir a viabilidade da restauração, o grupo levou em conta variáveis como a conservação da biodiversidade com provisão de hábitat para espécies vulneráveis ameaçadas de extinção; mitigação das mudanças climáticas, analisando a contribuição da área para a redução da concentração de CO₂ na atmosfera; adaptação às mudanças climáticas; e redução dos riscos de segurança hídrica, garantindo disponibilidade de água. Também foram considerados, com base em modelos, os custos financeiros associados à mudança do uso da terra da agricultura para a restauração e a chance de novas florestas persistirem.

Projeto de restauração da Mata Atlântica na região serrana do Rio de JaneiroPedro Brancalion / Esalq-USP

Onde a exploração do solo é mais lucrativa, a chance de recuperação da paisagem original é menor. “É mais factível pensar em recuperação de uma pastagem ou área declivosa na Mata Atlântica, onde os benefícios financeiros não são significativos, do que de uma região onde há cana-de-açúcar, como no interior de São Paulo”, compara Brancalion.

O pesquisador pondera, no entanto, que a restauração é desafiadora, pois os esforços ocorrem em paralelo a uma intensa competição por terra: a agricultura já ocupa mais de um terço (37,3%) da superfície terrestre livre de gelo e segue aumentando em extensão. “Daí a importância do estudo ao orientar as iniciativas de restauração na direção de estratégias mais eficientes em termos de custo – maior ganho por investimento de tempo, dinheiro e esforço – e identificar paisagens onde múltiplos benefícios podem ser maximizados”, sugere.

Para Chazdon, a abordagem metodológica desenvolvida pode ainda ser aplicada a outros biomas ou tipos de vegetação com necessidades urgentes de restauração, como florestas secas tropicais e subtropicais e matas na região do Mediterrâneo, na Europa, contribuindo com o cumprimento dos compromissos de restauração nacionais e globais. Ela reforça que o estudo não definiu quais ações restaurativas devem ser usadas dentro de cada paisagem nem a extensão ou localização precisa das intervenções. “Essas decisões precisam ser tomadas por profissionais de restauração com base no contexto socioecológico local e na negociação entre vários interessados. O que nós fornecemos foi um mapa que pode orientar essas ações”, pontua.

Ecos de florestas ancestrais

 

Campos elevados nos Llanos de Moxos, na Bolívia, onde há resquícios de agricultura pré-colombianaUmberto Lombardo

Enquanto resistem às variações climáticas e a longos períodos de seca, florestas padecem ante o avanço predatório do ser humano. Compreender as interações entre pessoas e árvores do passado pode ajudar a determinar o futuro das matas. Masha van der Sande, ecóloga do Instituto de Biodiversidade e Dinâmica dos Ecossistemas da Universidade de Amsterdã, na Holanda, e um grupo de pesquisadores de diversos países, do qual faz parte o biólogo brasileiro Rafael Oliveira, da Unicamp, “viajaram” sete milênios no tempo ao analisar o paleopólen – o pólen fossilizado de vegetações ancestrais.

Encontrado na Amazônia peruana, o material fóssil foi útil para compreender como as transformações no longo prazo das características funcionais da floresta foram determinadas pelas mudanças na precipitação e pela alteração provocada pelos seres humanos. Os resultados, publicados em junho na revista Ecology Letters, indicam que a vegetação foi mais impactada pelas atividades humanas do que pelas mudanças climáticas. “A erosão e o fogo induzidos pelo homem aumentaram a dominância de espécies densas e não zoocóricas [cujas sementes não se dispersam pela ação dos bichos, geralmente aves e roedores]”, diz Oliveira.

Essas informações ajudam os pesquisadores a entender quais fatores externos afetam mais fortemente a composição da floresta tropical e quais características funcionais ajudam a prever mudanças. Segundo o biólogo da Unicamp, somado aos estudos sobre a segurança hídrica das árvores, esse conhecimento pode ser usado para prever como as florestas tropicais responderão às pressões ambientais atuais e futuras.

Assim como a ação humana ajudou a moldar os ecossistemas ancestrais, com impacto nas formações atuais, também as comunidades humanas foram influenciadas por aspectos funcionais da vegetação, como indica artigo publicado em junho na revista Nature Ecology & Evolution. Pesquisadores de diversos países – entre eles, o Brasil – associaram a análise de material arqueológico a registros paleoclimáticos de quatro regiões da Amazônia, indicando que no período pré-colombiano a estabilidade das populações esteve muito relacionada às características da floresta.

De acordo com o estudo, enquanto algumas sociedades enfrentaram grandes reorganizações durante períodos de mudanças climáticas, outras não foram afetadas. “Demonstramos que sociedades com sistemas intensivos e especializados de uso da terra foram mais vulneráveis a mudanças climáticas transitórias. Em contraste, os sistemas de uso da terra que se baseavam principalmente em agroflorestas de policultura, resultando na formação de florestas enriquecidas e férteis, com terra preta, eram mais resilientes”, conta o arqueólogo brasileiro Jonas Gregório de Souza, da Universidade Pompeu Fabra, de Barcelona, na Espanha.

Informações paleoclimáticas foram fundamentais para as conclusões do estudo. “De posse desses dados, organizados a partir de análises da concentração de metais e dos registros de isótopos de oxigênio em estalagmites de cavernas, foi possível reconstituir todas as mudanças climáticas pelas quais as regiões passaram ao longo do período estudado”, relata Francisco William da Cruz Jr., do Instituto de Geociências da USP. O cruzamento da reconstituição com os registros arqueológicos das sociedades que viveram nas regiões analisadas levou à constatação de que alguns agrupamentos humanos sofreram declínios claros durante os períodos de seca, mas outros não – e que isso se deveu aos diferentes padrões de uso da terra.

“Os resultados desses estudos evidenciam a importância de orientar quem faz uso da terra, como os agricultores, com base na história das civilizações que floresceram e padeceram a depender da maneira como interagiram com as vegetações”, conclui Masha van der Sande.

Projetos

1. Interações entre solo-vegetação-atmosfera em uma paisagem tropical em transformação (nº 11/52072-0); Modalidade Pesquisa em Parceria para Inovação Tecnológica; Convênio Microsoft Research; Pesquisador responsável Rafael Silva Oliveira (Unicamp); Investimento R$ 1.249.709,83 (FAPESP).

2. Entendendo as respostas do metabolismo fotossintético a variações climáticas sazonais em florestas tropicais (nº 13/50533-5); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Convênio Pesquisa Colaborativa GOAmazon; Pesquisador responsável Luiz Eduardo Oliveira e Cruz de Aragão (Inpe); Investimento R$ 307.360,72 (FAPESP).

3. Controles ecofisiológicos sobre a sazonalidade e variabilidade da precipitação na Amazônia (nº 13/50531-2); Modalidade Auxílio à Pesquisa – Regular; Programa Mudanças Climáticas; Pesquisadora responsável Laura de Simone Borma (Inpe); Investimento R$ 1.064.949,40.

4. Pire: Educação e pesquisa em clima das Américas usando os exemplos de anéis de árvores e espeleotemas (Pire-Create) (nº 17/50085-3); Modalidade Projeto Temático; Pesquisador responsável Francisco William da Cruz Junior (USP); Investimento R$ 4.457.670,95.

5. Reconstituição paleoclimática e paleoambiental do último período glacial no Centro-Oeste brasileiro (nº 16/15807-5); Modalidade Bolsa de Pós-doutorado; Pesquisador responsável Francisco William da Cruz Junior (USP); Bolsista Valdir Felipe Novello; Investimento R$ 478.943,67.

Artigos científicos

BARROS, F. et al. Hydraulic traits explain differential responses of Amazonian forests to the 2015 El Niño‐induced drought. New Phytologist. v. 223, n. 3, p. 1253-66. ago. 2019.

SANDE, M. et al. A 7000-year history of changing plant trait composition in an Amazonian landscape; the role of humans and climate. Ecology Letters. v. 22, n. 6, p. 925-35. 22 jun. 2019.

BRANCALION, P. et al. Global restoration opportunities in tropical rainforest landscapes. Science Advances. v. 5, n. 7, eaav3223. 3 jul. 2019.

SOUZA, J. et al. Climate change and cultural resilience in late pre-Columbian Amazonia. Nature Ecology & Evolution. v. 3, p. 1007-17. 17 jun. 2019.

Para entender a origem da floresta

Biólogos e geólogos unem esforços para explicar a diversidade biológica da Amazônia e da Mata Atlântica e criam uma nova disciplina, a geogenômica

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Maria Guimarães

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Edição 242
abr. 2016

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Lucia Lohmann

00:47 / 01:12

 

Por mais que biólogos explorem o chão, as árvores e os corpos d’água, eles ainda parecem longe de estimar e explicar a diversidade biológica das florestas tropicais. Mais do que isso, falta explicar como e quando surgiram montanhas, rios e tudo o que está por baixo da mata. Projetos centrados na Amazônia e na Mata Atlântica agora buscam respostas: biólogos e geólogos vêm trabalhando juntos em busca de decifrar essa história numa disciplina batizada em 2014 como geogenômica pelo geólogo Paul Baker, da Universidade Duke, nos Estados Unidos. Um grande impulso para o campo veio da colaboração entre os programas Biota-FAPESP e Dimensions of Biodiversity, da National Science Foundation (NSF), a principal agência norte-americana de fomento à ciência. “Projetos dessa natureza precisam de uma abordagem participativa desde a elaboração das perguntas”, comenta a botânica Lúcia Lohmann, do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP), que coordena com o ornitólogo norte-americano Joel Cracraft, do Museu Americano de História Natural, o primeiro projeto a concretizar a parceria, com foco na Amazônia.

 

Para integrar as equipes, foi preciso inicialmente vencer barreiras básicas de comunicação. “Um geólogo apresentava uma palestra e os biólogos ficavam perdidos”, conta Lúcia. E vice-versa. “Na primeira reunião passamos duas horas explicando um único slide aos geólogos”, lembra a bióloga Cristina Miyaki, também do IB-USP e coordenadora de um projeto semelhante, porém na Mata Atlântica. Estabelecido um vocabulário em comum, as trocas começaram a tomar forma. “Agora é óbvio que projetos dessa natureza devem contar com pesquisadores de ambas as áreas desde o início, mas não era essa a visão antes de começarmos”, diz Lúcia.

Outro entrave nada trivial à integração do conhecimento é a escassez de dados. “Precisamos ter todas as filogenias datadas, com bancos de dados georreferenciados para produzir mapas de distribuição antes de poder cruzar com os dados geológicos”, conta Lúcia. Ela e seus colaboradores têm uma expedição para a Amazônia planejada para este ano. “Vamos coletar dados de diferentes organismos para avaliar em que extensão os rios Negro e Branco representam barreiras para a dispersão.”

É fácil imaginar que rios caudalosos limitam a mobilidade dos organismos, mas, quando os biólogos usam o DNA para resgatar informações da história das espécies, nem sempre é o que veem. “Para as plantas, os rios não parecem ser barreiras importantes”, diz Lúcia, especialista na família Bignoniaceae. Já a circulação de primatas pode ser limitada por eles, como mostra o primatólogo brasileiro Jean Philippe Boubli, da Universidade de Salford, na Inglaterra. Ele também é pesquisador do Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia (Inpa), e por isso tem acesso a um acervo importante de amostras de primatas depositadas na instituição. 

“Temos uma cobertura quase completa de amostras de primatas amazônicos e, com a genômica, conseguiremos investigar o papel dos grandes rios na origem da diversidade do grupo”, planeja. Com uma nova filogenia dos sauás, ou zogue-zogues (Callicebus), publicada em março deste ano na revista Frontiers in Zoology, ele, sua aluna de doutorado Hazel Byrne e colegas indicam divergências profundas que justificam a criação de dois novos gêneros: Cheracebus, para as espécies dos rios Negro e Orinoco, e Plecturocebus, no sul do Amazonas. Callicebus ficaria reservado às espécies da Mata Atlântica. “Eles podem ser a chave de tudo”, diz o pesquisador. É um grupo muito antigo e rico em espécies, por isso é ideal para testar o papel de fatores como os rios e mudanças climáticas na diversificação das espécies. “A colaboração com os geólogos está abrindo nossos olhos para coisas que não sabíamos da Amazônia”, diz.

“O que vem ficando claro é que as hipóteses postuladas nas últimas décadas acabam sendo simplistas para a complexidade da Amazônia”, reflete a bióloga Camila Ribas, do Inpa, que integra o projeto de Lúcia e também o de Baker. “A Teoria dos Refúgios prevê que as espécies atuais teriam se originado durante os ciclos glaciais, dos quais o último aconteceu há cerca de 18 mil anos”, exemplifica. Mas as diferentes regiões da Amazônia parecem ter passado por processos distintos e as espécies respondem de forma diferente às condições locais. As aves, especialidade de Camila, são um bom exemplo de organismos muito heterogêneos na lida com o ambiente: as que conseguem voar longas distâncias, por exemplo, são menos afetadas por barreiras. No outro extremo os jacamins (gênero Psophia), aves amazônicas que quase não voam, se tornaram o exemplo por excelência de como os grandes rios funcionam como as principais barreiras entre espécies, de acordo com estudo publicado em 2012 na Proceedings of the Royal Society B por Camila e colaboradores.

Mais recentemente, um dos projetos da bióloga do Inpa investiga a fauna de aves típicas de áreas de areia branca na Amazônia, como relatou em artigo publicado este ano na Biotropica, resultado do mestrado de sua aluna Maysa Matos. “São manchas de areia branca no meio de um mar de floresta, com uma vegetação aberta, mais parecida com a da Caatinga ou do Cerrado”, explica Camila. A surpresa é que os animais encontrados em manchas distantes são mais semelhantes do que se imaginaria, mesmo que hoje não consigam atravessar a floresta. Os resultados suscitam uma série de perguntas, como há quanto tempo aquele ambiente existe e se a floresta teria sido mais permeável a esses animais no passado.

Outro dos alunos de Camila, Leandro Moraes, analisou durante o mestrado o papel dos rios Tapajós e Jamanxim, no Pará, em limitar a distribuição de anfíbios e répteis. Os resultados, que serão publicados em breve na revista Journal of Biogeography, mostram que um terço das espécies de anfíbios tem a movimentação restrita pelos rios, proporção que cai para apenas 8% nas cobras e lagartos. O trabalho busca avaliar a importância desses rios na configuração da paisagem e dos hábitats adequados a esses animais, e por isso Camila o considera um exemplo de como o projeto começa a integrar as áreas de conhecimento.

Grandes rios limitam a distribuição de espécies como Cebus olivaceus.

Paisagem mutante

 
Nos últimos anos, começou a se sedimentar uma noção de que a drenagem da bacia amazônica evoluiu sobretudo nos últimos 3 milhões de anos (e não 15 milhões, como postulavam as estimativas anteriores), uma escala temporal que parece concordar com o que indicam os dados de animais e plantas. O istmo do Panamá, outra estrutura com grande relevância para a biogeografia porque permitiu migrações entre a América do Sul e as Américas Central e do Norte, também mudou de idade. Um estudo liderado pelo geólogo Camilo Montes, da Universidad de los Andes, Colômbia, publicado na Science em abril de 2015, analisou minerais de origem panamenha encontrados na América do Sul e estimou essa formação entre 13 milhões e 15 milhões de anos atrás – 10 milhões a mais em relação ao que se pensava antes. “A nova datação muda totalmente como se vê a movimentação passada da flora e da fauna na região, nos obriga a reavaliar toda a literatura”, afirma Lúcia Lohmann.

Essa reavaliação tem se revelado muito mais produtiva com a união de especialistas. “Os evolucionistas e biogeógrafos precisam conhecer a história geológica para entender por que as espécies vivem onde vivem, e mesmo como as espécies vieram a existir”, explica Paul Baker, inventor do termo “geogenômica”. Ele tem o plano ambicioso de fazer cinco furos de sondagem próximos a grandes rios amazônicos, com profundidades que podem chegar a 2 quilômetros, para ter acesso contínuo a amostras de sedimentos de várias idades, até cerca de 65 milhões de anos atrás. Em reunião no Inpa no ano passado, ele e colegas do projeto da Amazônia chegaram a um acordo sobre que tipos de dados obtidos com a empreitada poderiam ajudar a reconstituir a história geológica, climática e biótica. Agora o desafio é conseguir o financiamento. “Nosso orçamento só para a perfuração é de US$ 7 milhões”, conta.

O projeto de Baker parte da geologia, enquanto no de Lúcia as perguntas surgem sobretudo da biologia. A geogenômica, entretanto, pretende ser uma via de mão dupla. “A ideia é que geólogos também possam usar dados biológicos para responder a perguntas geológicas”, diz ele. As datas estimadas para o surgimento das espécies dos jacamins de Camila, por exemplo, podem ajudar a estimar a idade dos grandes rios como o Amazonas, o Xingu, o Tapajós e o Madeira, segundo Baker.

“Os dados biológicos fornecem uma ordem de grandeza que permite gerar as hipóteses que podemos testar com as idades absolutas provenientes de datações geocronológicas”, concorda o sedimentólogo Renato Almeida, do Instituto de Geociências (IGc) da USP. Junto com o colega André Sawakuchi, ele investiga a formação dos depósitos sedimentares que compõem a bacia amazônica. “É uma área do tamanho de um continente com uma escassez de dados absurda”, afirma. Reduzir esse desconhecimento não é tarefa que poderá ser realizada dentro do tempo do projeto atual, e a maior parte dos dados que o grupo vem levantando ainda não está publicada. Além de começar a pintar um quadro geográfico do passado, uma missão da equipe é ajudar os biólogos a distinguir quais das hipóteses têm mais fundamento para explicar os padrões biogeográficos.

…mas não de plantas cujas sementes são carregadas pelo vento.

O trabalho vem mostrando que o soerguimento da cordilheira dos Andes aos poucos empurrou para leste a água de um imenso lago que havia na região e foi formando as drenagens de maior porte em direção ao oceano Atlântico. Uma das técnicas para revelar o passado dos rios é a luminescência opticamente estimulada, que depende da coleta, em tubos de alumínio, de sedimentos dos barrancos que ladeiam os rios. “De volta ao laboratório, conseguimos datar a última vez que o grão de quartzo foi exposto à luz do sol”, explica o geógrafo Fabiano Pupim, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Sawakuchi. O grupo também enxerga uma rica informação na configuração dos sedimentos nesses paredões junto aos rios, que chegam a ter 20 metros de altura. As estruturas internas permitem inferir a escala e o sentido do rio quando aquele sedimento foi depositado, entre outras informações.

Imagens de sonar mostram que o fundo de rios como o Amazonas, outro território desconhecido, tem dunas de até 12 metros de altura. “Precisamos entender como funciona um rio dessas dimensões para inferir como eram os grandes rios do passado”, diz Almeida. Em colaboração com o geólogo Carlos Grohmann, do Instituto de Energia e Ambiente (IEE) da USP, ele também investiga a dinâmica dos rios por meio de séries temporais de imagens de satélite.

A importância é maior do que a função dos rios como barreiras. Os cursos d’água e os sedimentos que vieram dos Andes formaram o mosaico de ambientes que caracterizam a Amazônia, com áreas secas e de alagamento periódico. Sawakuchi, Pupim e equipe (sobretudo os alunos de mestrado Dorília Cunha e Diego Souza) têm investigado a formação dos arquipélagos de Anavilhanas e do tabuleiro do Embaubal, no rio Amazonas, nos últimos 10 mil anos. O surgimento desse tipo de ambiente e dos rios propriamente ditos representa escalas de tempo distintas, cujo significado o geógrafo espera complementar com os dados biológicos.

Em laboratório iluminado apenas com luz vermelha é possível saber há quanto tempo sedimento recebeu a luz solar.

Clima flutuante 

 
Mas nem só de água terrestre vivem as florestas. Francisco William da Cruz Júnior, do IGc-USP e um dos coordenadores da parte geológica na geogenômica brasileira, usa espeleotemas (formações de composição carbonática de cavernas), principalmente estalagmites, para inferir o clima do passado. Os dados obtidos por seu grupo de pesquisa indicam que a Era Glacial na América do Sul não era árida como se pensava. “Parte do continente estava seca, mas outras áreas eram úmidas, o que pode ter favorecido até mesmo a expansão das florestas, como na Amazônia peruana e na parte sul da Mata Atlântica”, afirma.

Com base na análise de isótopos de oxigênio contidos no carbonato de cálcio do material das cavernas, ele observa que diferentes partes da Amazônia e regiões adjacentes passaram por processos muito distintos, como fica claro em artigo de que participou, em conjunto com biólogos da equipe, sob a coordenação do colega chinês Hai Cheng e publicado em 2013 na Nature Communications. As datações indicam que, nos últimos 250 mil anos, o clima do oeste da Amazônia se manteve mais estável do que a região a leste, no Pará, com um fortalecimento das chuvas durante os períodos glaciais – entre 100 mil e 20 mil anos atrás. O grupo interpreta essa relativa estabilidade como responsável pela alta biodiversidade encontrada hoje na região, enquanto a parte leste da Amazônia, menos rica em espécies, passou por variações climáticas drásticas que podem ter levado a extinções. “Estamos desafiando um paradigma”, diz Cruz. “A estabilidade climática pode ter sido mais importante do que os refúgios para gerar o padrão de alta diversidade encontrado hoje na floresta amazônica, principalmente junto aos Andes.”

No período glacial o oeste da Amazônia parece ter sido bem úmido, assim como o domínio da Mata Atlântica no Sul e Sudeste brasileiros. Cruz tem indícios de uma faixa climática que une essas duas regiões e tem características opostas à área que inclui o Pará, no leste da Amazônia, e a região Nordeste, que varia em ciclos de cerca de 23 mil anos. “Esse padrão está sendo testado tanto no projeto da Amazônia como no da Mata Atlântica.” Ele defende que essas correspondências possibilitaram a formação de corredores entre os dois biomas, que explicam casos de parentesco maior entre espécies da Amazônia e da Mata Atlântica, em relação a espécies de um mesmo bioma. Cruz postula que em um período no qual se supõe uma alta umidade no leste da Amazônia e no Nordeste do país, as florestas tropicais devem ter se expandido, formando uma ponte de floresta entre os dois biomas. Mais tarde, há indícios de chuvas mais abundantes na região mais próxima ao sopé dos Andes e no Sul e Sudeste brasileiros, também com possibilidade de expansão das florestas até o encontro da Amazônia com a Mata Atlântica. “Estamos atualmente testando quais seriam essas fases.”

Camadas de estalagmite…LÉO RAMOS

Um testemunho dessa dinâmica são as folhas fossilizadas coletadas por Cruz no vale do rio São Francisco, região hoje recoberta por Caatinga. “Elas indicam que a região foi rapidamente coberta por vegetação úmida entre 18 e 15 mil anos atrás”, afirma. Mesmo na atualidade, há uma conexão climática direta entre os dois biomas: no verão, a umidade que viaja desde a Amazônia determina o que acontece na Mata Atlântica, por exemplo. “Não dá para restringir o estudo a um quadro local, nem é interessante”, diz Cruz.

Iniciado um ano depois do projeto da Amazônia, o da Mata Atlântica, coordenado pelas biólogas Cristina Miyaki, da USP, e Ana Carolina Carnaval, da Universidade da Cidade de Nova York, está em um estágio mais inicial da integração das especialidades. “Vários artigos em que estamos trabalhando neste terceiro ano incluem o ângulo ou a hipótese que o time de paleoclimatólogos (ou o de sensoriamento remoto) trouxe para nossa equipe”, diz Ana. Um trabalho com dados genômicos testando hipóteses formuladas por Cruz e outros integrantes da equipe geológica, como a palinologista Marie-Pierre Ledru, do Instituto de Ciências da Evolução em Montpellier, França, está sendo finalizado para publicação. “É legal demais porque a paleoclimatologia indica um caminho que a genômica testa e vê o que confere, o que não confere”, conta. “Depois trazemos a discussão de novo para os paleoclimatólogos, para refinar as ideias.”

…e folhas fossilizadas são indicadores de clima do passado.

Os resultados estão surgindo e prometem render muitos frutos nos próximos anos, quando o financiamento atual já tiver sido substituído por outros projetos. Firmar a parceria é, parece, a maior conquista. “Estamos começando a delimitar o que ainda não está entendido”, diz Cristina. Seu trabalho sempre envolveu suposições do campo da geologia para entender a diversificação de aves na Mata Atlântica. Mas agora, com o novo aprendizado, vem a sensação de que as análises eram muito superficiais e as interpretações, apesar de serem as melhores possíveis na época, ingênuas.

A geogenômica é um exemplo da melhor ciência moderna. “De certa maneira voltamos à história natural antiga, em que os pesquisadores tinham conhecimento de biologia e de geologia”, brinca Cristina. Mas, com técnicas cada vez mais especializadas, bancos de dados mais e mais gigantescos e um nível crescente de detalhes, a única maneira de se reunir esse conhecimento é a congregação de grandes grupos. Passados os primeiros anos em que cada especialidade continuou a produzir trabalhos semelhantes aos que já faziam antes, de agora em diante devem começar a aparecer os resultados realmente integrados.

Projetos

 
1. Estruturação e evolução da biota amazônica e seu ambiente: uma abordagem integrativa (nº 2012/50260-6); Modalidade Programa Biota/Dimensions-NSF; Pesquisadores responsáveis Lúcia Lohmann (IB-USP) e Joel Cracraft (AMNH); Investimento R$ 3.752.671,77.

2. Dimensions US-Biota São Paulo: integrando disciplinas para a predição da biodiversidade da Floresta Atlântica no Brasil (nº 2013/50297-0); Modalidade Programa Biota/Dimensions-NSF; Pesquisadoras responsáveis Cristina Miyaki (IB-USP) e Ana Carolina Carnaval (CUNY); Investimento R$ 3.781.927,16.

Artigos científicos

BAKER, P. A. et al. The emerging field of Geogenomics: Constraining geological problems with genetic data. Earth-Science Reviews. v. 135, p. 38-47. ago. 2014.

BYRNE, H. et al. Phylogenetic relationships of the New World titi monkeys (Callicebus): First appraisal of taxonomy based on molecular evidence. Frontiers in Zoology. v. 13, n. 10. 1º mar. 2016.
CHENG, H. et al. Climate change patterns in Amazonia and biodiversity. Nature Communications. v. 4, n. 1.411. 29 jan. 2013.

MATOS, M. V. et al. Comparative phylogeography of two bird species, Tachyphonus phoenicius (Thraupidae) and Polytmus theresiae (Trochilidae), specialized in Amazonian White Sand Vegetation. Biotropica. v. 48, n. 1, p. 110-20. jan. 2016.

MORAES, L. J. C. L. et al. The combined influence of riverine barriers and flooding gradients on biogeographical patterns for amphibians and squamates in south-eastern Amazonia. Journal of Biogeography. No prelo.

RIBAS, C. C. et al. A palaeobiogeographical model for biotic diversification within Amazonia over the past three million years. Proceedings of the Royal Society B. v. 279, n. 1.729, p. 681-9. 11 jan. 2012.

Livro reúne serpentes da Mata Atlântica

23 de julho de 2019

Agência FAPESP – O livro Serpentes da Mata Atlântica: guia ilustrado para as florestas costeiras do Brasil (Ponto A, 2019) será lançado no Instituto Butantan, no dia 8 de agosto de 2019, em São Paulo.

Com lançamento no dia 8 de agosto, no Instituto Butantan, publicação apresenta informações e fotos sobre 140 espécies de serpentes

 

O guia é de autoria dos professores Otavio Augusto Vuolo Marques, Ivan Sazima e André Eterovic e tem apoio da FAPESP.

“O livro reúne 240 fotografias coloridas de um total de 140 espécies de serpentes, com informações sobre elas e mapas com a distribuição pelo Brasil”, disse Vuolo Marques à Agência FAPESP.

Para cada serpente apresentada são fornecidas informações sobre a morfologia (tamanho do corpo e cauda, massa e dentição), o uso de hábitat (horário de atividade e substrato), os hábitos alimentares (principais itens), o modo reprodutivo (ovípara ou vivípara), as táticas defensivas e se a mesma oferece risco de envenenamento grave ao ser humano.

O guia também inclui textos sobre outros répteis que podem ser encontrados na Mata Atlântica. A obra apresenta também comentários taxonômicos sobre algumas das espécies e uma lista de todas as serpentes registradas para a Mata Atlântica até o momento, complementada por informações sobre o tipo de hábitat utilizado por cada espécie.

O lançamento será no Museu Biológico do Instituto Butantan (palestra e homenagem às 19 horas) e no Centro de Difusão Cultural (noite de autógrafos a partir das 19h45).

Mais informações com o Laboratório de Ecologia e Evolução do Instituto Butantan: (11) 2627-9811.

Dispersão da araucária na Mata Atlântica foi influenciada por povos pré-colombianos

23 de julho de 2019

Estudo conduzido no âmbito de um Projeto Temático, por pesquisadores do Brasil e dos Estados Unidos, investiga como a fauna e a flora desse bioma reagiram às variações no clima ocorridas nos últimos milhares de anos (coleta de amostras de araucária / foto: Fabian Michelangeli)

Karina Toledo  |  Agência FAPESP – A exploração intensiva de madeira praticada no Sul do Brasil a partir do século 19 é, em boa medida, responsável pelo fato de a araucária (Araucaria angustifolia) ser hoje uma espécie em risco extremo de extinção. Contudo, dados de um estudo ainda em andamento sugerem que em outro momento da história a ação humana beneficiou a expansão dessa conífera na Mata Atlântica, ajudando a moldar a região hoje conhecida como Mata de Araucárias, que se estende por Paraná, Santa Catarina e parte do Rio Grande do Sul.

“A forma como a espécie está hoje distribuída parece ter tanto influência climática quanto antrópica. O que não sabemos é se foi algo ocasional ou se os humanos agiram intencionalmente para expandir a população de araucárias e, assim, ampliar sua fonte de comida”, disse Mariana Vasconcellos, pós-doutoranda na City University of New York (Cuny) e no Jardim Botânico de Nova York (NYBG), nos Estados Unidos, à Agência FAPESP. 

Segundo a pesquisadora, estudos arqueológicos já mostraram que as primeiras populações indígenas que habitaram o Sul do Brasil se alimentavam do pinhão, a semente da araucária, há pelo menos 4,3 mil anos.

O trabalho de Vasconcellos é conduzido sob a supervisão dos pesquisadores Ana Carolina Carnaval (Cuny) e Fabian Michelangeli (NYBG), no âmbito de um Projeto Temático apoiado pela FAPESP e pela agência norte-americana National Science Foundation (NSF).

O objetivo da pesquisa colaborativa é conhecer a distribuição de espécies animais e vegetais na Mata Atlântica, entender como a fauna e a flora reagiram às variações no clima ocorridas nos últimos milhares de anos e, assim, levantar informações que ajudarão a prever o impacto das mudanças climáticas no bioma e a estabelecer áreas e espécies-chave para políticas de conservação.

Resultados de diversas linhas de investigação vinculadas ao Temático foram apresentados no dia 12 de julho, na sede da FAPESP, durante o simpósio Dimensions US-BIOTA São Paulo: A multidisciplinary framework for biodiversity prediction in the brazilian Atlantic Forest hotspot.

No caso da pesquisa de pós-doutorado de Vasconcellos, a proposta é descobrir como as populações de araucária se comportaram (se houve expansão ou retração) desde a última era do gelo (último máximo glacial), ocorrida há cerca de 20 mil anos. Para isso, foram coletadas amostras da espécie em áreas com vegetação nativa remanescente na Serra da Mantiqueira, em São Paulo, e nos estados da Região Sul para realizar a análise genômica. Os dados obtidos por sequenciamento foram cruzados com registros de pólen fossilizado disponíveis na literatura científica e modelos capazes de estimar como era o clima em eras passadas.

“Sabemos que o clima frio e úmido é o ideal para a araucária. Modelamos a distribuição da espécie durante o último máximo glacial [quando estava muito frio e seco], durante o Holoceno Médio [período mais quente e úmido ocorrido há cerca de 6 mil anos] e comparamos com a distribuição da espécie no presente [quente como o Holoceno Médio, porém mais seco]. De modo geral, vimos que à medida que a temperatura aumentou a área de distribuição das araucárias foi diminuindo. No entanto, os registros de pólen fossilizado indicam que há cerca de 4 mil anos houve uma explosão populacional”, contou Vasconcellos.

Resultados das análises genômicas, segundo a pesquisadora, reforçam a hipótese de influência humana nesse fenômeno.

“Enquanto na Serra da Mantiqueira vemos uma população geneticamente diferenciada, que parece ter evoluído naturalmente e com pouca interferência antrópica, na Mata de Araucárias temos indivíduos muito parecidos entre si, distribuídos em uma ampla área geográfica. Isso é característico de uma expansão populacional violenta. Como essa espécie tem grande longevidade e leva entre 20 e 40 anos para começar a se reproduzir, dificilmente fatores climáticos conseguiriam isoladamente explicar uma dispersão tão rápida”, disse Vasconcellos.

A pesquisadora está, no momento, reanalisando os dados com auxílio de modelos capazes de fornecer informações mais contínuas sobre as alterações no clima ocorridas nos últimos 20 mil anos. “Com as novas análises poderemos confirmar a influência humana na expansão da araucária e determinar em que momento da história ela ocorreu”, disse.

De acordo com Cristina Miyaki (https://bv.fapesp.br/pt/pesquisador/487/cristina-yumi-miyaki/), professora do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP) e uma das coordenadoras do Temático, a influência de povos pré-colombianos na formatação da floresta amazônica e na propagação de espécies de interesse, como a castanheira-do-pará (Bertholletia excelsa), já foi alvo de diversos estudos. “Na Mata Atlântica o tema ainda é relativamente pouco discutido”, disse.

“Este foi o único estudo do projeto que explorou o impacto antrópico em termos de dispersão de espécies na Mata Atlântica. É um caso especial, que não fazia parte do nosso escopo inicial”, disse Carnaval, professora do Departamento de Biologia da Cuny.

Novas espécies

Outro estudo apresentado durante o simpósio – conduzido nos últimos quatro anos durante o doutorado de Lucas Bacci, na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) – praticamente dobrou o número de espécies conhecidas do gênero Bertolonia, endêmico da Mata Atlântica e caracterizado por plantas de folhas grandes e inflorescência escorpioide (flores inseridas sempre do mesmo lado).

Foram 12 novas espécies descritas, a maioria na região central e norte do bioma. “O gênero é encontrado em toda a Mata Atlântica, mas somente cinco espécies são largamente distribuídas. A maioria é microendêmica, principalmente as do norte”, disse.

Ao recriar a história evolutiva dessas espécies o pesquisador concluiu que se trata de um gênero monofilético, ou seja, que evoluiu a partir de um ancestral comum há cerca de 30 milhões de anos.

O evento trouxe ainda dados sobre a diversidade e a filogenia de aves, opiliões, borboletas e sobre a influência de fatores climáticos como temperatura e precipitação na formatação do bioma.

“Uma das coisas que descobrimos com os trabalhos que vêm sendo feitos desde 2014 é que a Mata Atlântica não evoluiu sozinha. As conexões dessa floresta com a Amazônia e com os Andes estão entre os motivos que a tornam tão diversa. Vemos que existem várias ligações entre essas florestas, que foram mediadas pelo clima ao longo do tempo”, contou Carnaval.

Agora que a parte de coleta de dados está sendo finalizada pelos 16 pesquisadores associados e seus alunos envolvidos na iniciativa, terá início um grande esforço de integração do conhecimento multidisciplinar que permitirá desenvolver modelos preditivos.

“Uma das propostas é acompanhar por satélite a variação da temperatura e, assim, gerar modelos que estimem a diversidade que está sendo perdida e os locais em que isso está ocorrendo”, disse Carnaval.

Segundo Miyaki, tem sido um grande desafio colocar um grupo tão diverso de cientistas para trabalhar juntos. “A equipe reúne biólogos de diferentes áreas – sistematas, ecólogos, geneticistas e paleobotânicos –, geólogos, paleoclimatólogos, especialistas em modelagem e engenheiros envolvidos com sensoriamento remoto. Um programa regular de financiamento à pesquisa não nos permitiria ousar tanto. Só foi possível graças à parceria entre a FAPESP e a NSF”, disse.
 

Cerrado conectou os Andes com a Mata Atlântica

03 de abril de 2019

Peter Moon  |  Agência FAPESP – As florestas tropicais dos Andes e a Mata Atlântica estão separadas por quase mil quilômetros de áreas mais secas e de vegetação aberta, nos biomas Chaco, Cerrado e Caatinga. Apesar de atualmente não terem conexão, essas florestas tropicais compartilham espécies e linhagens intimamente relacionadas, o que sugere ter havido uma ligação entre essas matas no passado. Há, por exemplo, 23 espécies de aves tropicais presentes nos dois biomas.

Análise genética e computacional em aves sugere que florestas tropicais andina e atlântica, hoje separadas por quase mil quilômetros de áreas mais secas e vegetação aberta, tiveram períodos de conexão no passado (ave da espécie Syndactyla rufosuperciliata / foto: Gustavo Cabanne)

Diversos estudos publicados reforçam tal hipótese. O que ainda não se sabia era se a ligação se dava por meio das florestas de galeria que, no passado, acompanhavam os cursos dos rios na região do Chaco (que abrange o sul da Bolívia, o norte da Argentina e o Paraguai), ou pelo Cerrado (parte da Bolívia, Centro-Oeste do Brasil e norte do Paraguai).

De acordo com uma nova pesquisa, que analisou dados genômicos e biogeográficos de aves das espécies Syndactyla rufosupercilita e Syndactyla dimidiata, a conexão entre as florestas andina e atlântica no passado ocorreu pelo Cerrado. A ligação teria se formado diversas vezes durante o Pleistoceno, período geológico ocorrida entre 2,5 milhões e 11,7 mil anos atrás.

A investigação foi conduzida pelo ornitólogo Gustavo Cabanne, do Museo Argentino de Ciencias Naturales, em colaboração com Cristina Yumi Miyaki, professora no Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (IB-USP). Os resultados foram publicados na revista Molecular Phylogenetics and Evolution.

A equipe teve apoio da FAPESP, por meio do Programa FAPESP de Pesquisas em Caracterização, Conservação, Restauração e Uso Sustentável da Biodiversidade (BIOTA), do Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (Conicet), na Argentina, e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Participaram pesquisadores de diversas instituições no Brasil (Universidade Federal de Minas Gerais, Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Universidade de Brasília e Museu Paraense Emílio Goeldi), Bolívia (Universidad Mayor de San Andrés e Museo Nacional de Historia Natural), Estados Unidos (American Museum of Natural History e Cornell University) e Canadá (Royal Ontario Museum).

A biogeografia é a ciência que estuda as relações entre os seres vivos, a geografia, o relevo e o clima. A paleobiogeografia parte dessas mesmas relações para entender, por exemplo, como era a distribuição das espécies no passado e as relações existentes entre elas. Entender a paleobiogeografia de diversas espécies que habitam áreas específicas no presente pode ajudar a inferir como era a distribuição desses biomas no passado.

"O grande desafio dos estudos de biogeografia é integrar e interpretar as informações obtidas de diversas fontes, como componentes biológicos, dados genômicos das espécies analisadas, informações geológicas, dados paleoclimáticos, dados palinológicos [de pólen e esporos] ou dados de sensoriamento remoto obtidos a partir de imagens de satélite", disse Miyaki.

"Foi preciso coletar e analisar vários desses dados a fim de investigar a hipótese da existência de uma antiga conexão entre as florestas tropicais andina e atlântica e testar se isso ocorreu via Cerrado ou via Chaco. Pode ter sido por meio de florestas de galeria que, no Pleistoceno, seriam remanescentes de vegetação úmida que atravessam biomas mais áridos”, disse.

De acordo com Cabanne, a conexão entre as florestas úmidas andina e atlântica é apoiada por estudos palinológicos, entre outros, segundo os quais ambas se expandiram transitoriamente em algumas regiões (por exemplo, no Cerrado) em direção aos Andes durante os últimos máximos glaciais – os períodos mais frios das diversas idades do gelo (foram identificadas ao menos 11 delas) que ocorreram nos últimos 2,5 milhões de anos.

"Sob esse cenário biogeográfico histórico, as florestas andina e atlântica poderiam ter funcionado como refúgios. Sua história dinâmica [ciclos de conexão e isolamento] poderia ter sido um importante impulsionador da especiação nos neotrópicos [região que compreende a América Central, incluindo parte do México e dos Estados Unidos, todas as ilhas do Caribe e a América do Sul]”, disse.

No presente período interglacial, explica Cabanne, esses biomas florestais representam refúgios onde se espera que organismos se diferenciem. Durante as idades do gelo do Pleistoceno, as florestas teriam sido conectadas, permitindo, assim, o fluxo gênico entre as regiões.

Genética e análise computacional

No trabalho publicado na revista Molecular Phylogenetics and Evolution, os pesquisadores elegeram como objeto de estudo uma ave popularmente conhecida como trepador-quiete (Syndactyla rufosuperciliata). Trata-se de um passarinho (ordem Passeriformes) da família dos furnariídeos, a mesma do joão-de-barro (Furnarius rufus) e de outras 230 espécies encontradas na Argentina, Bolívia, Brasil, Equador, Paraguai, Peru e Uruguai. Existem cinco subespécies reconhecidas desse táxon.

"O trepador-quiete é um modelo apropriado para explorar a conexão das florestas andina e atlântica porque a espécie habita tanto os principais domínios dessas matas como as áreas que poderiam ter sido diretamente envolvidas na sua ligação: as florestas de galeria do Chaco oriental e algumas regiões no sul do Cerrado", disse Cabanne.

Os pesquisadores exploraram a conectividade histórica entre os dois biomas por meio de modelagem de nicho. A seguir, eles usaram sequências de DNA de 71 indivíduos e análises genômicas de outros 33 pássaros para avaliar a estrutura genética da população e o fluxo gênico dentro da espécie. Por fim, foi realizada a seleção do modelo populacional com auxílio de computação bayesiana aproximada, método de inferência com base em estatísticas sumárias.

Segundo os pesquisadores, a análise genômica evidenciou que os trepadores-quiete habitantes das florestas tropicais andinas pertencem hoje a linhagens diferentes daquelas dos trepadores-quiete da Mata Atlântica. Mas nem sempre foi assim. No passado, há centenas de milhares de anos, a distribuição original da espécie parece ter sido muito maior do que a atual, e também suas linhagens eram menos diferenciadas do ponto de vista genômico.

Porém, com a sucessão de períodos glaciais e o avanço e recuo da vegetação de Cerrado, os passarinhos andinos e atlânticos foram ficando isolados uns dos outros por dezenas de milhares de anos, o que levou à diversificação em duas linhagens.

Os dados sugerem inclusive que, durante os períodos interglaciais do Pleistoceno, quando a temperatura se elevou e houve avanço das florestas úmidas, ocorreram novos contatos entre trepadores-quiete do leste e do oeste, o que permitiu cruzamentos e novas trocas genéticas entre as duas linhagens.

Aliada aos dados paleoclimáticos, a análise da diversidade genômica dos trepadores-quiete andinos e atlânticos sugere que tais trocas gênicas ocorreram via Cerrado, ao norte, e não via Chaco, mais para o sul.

“Nossos resultados indicam que as florestas andina e atlântica atuaram como refúgios e que as populações das espécies de ambas as regiões entraram em contato por meio da região do Cerrado, sugerindo que a dinâmica histórica desses dois biomas é importante para a evolução das aves florestais”, disse Cabanne.

"Os resultados estão de acordo com estudos de outros organismos e podem indicar um padrão mais geral de conectividade entre os biomas nos neotrópicos”, disse Miyaki.

Além disso, segundo Cabanne, o novo estudo e outros anteriores do mesmo grupo “sugerem a existência de altos níveis de diversidade críptica [de espécies morfologicamente semelhantes e geneticamente distintas] entre os Andes e a Mata Atlântica e também sugerem considerar a população andina de trepadores-quiete como uma espécie plena”.

O artigo Phylogeographic variation within the Buff-browed Foliage-gleaner (Aves: Furnariidae: Syndactyla rufosuperciliata) supports an Andean-Atlantic forests connection via the Cerrado (https://doi.org/10.1016/j.ympev.2019.01.011), de Gustavo S. Cabanne, Leonardo Campagna, Natalia Trujillo-Arias, Kazuya Naoki, Isabel Gómez, Cristina Y. Miyaki, Fabricio R. Santos, Giselle P. M. Dantas, Alexandre Aleixo, Santiago Claramunt, Amanda Rocha, Renato Caparroz, Irby J. Lovette e Pablo L. Tubaro, está publicado em: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1055790318302847.

SERPENTES ATLÂNTICAS

A mata atlântica, que já se estendeu por mais de um milhão de quilômetros quadrados do Piauí ao Rio Grande do Sul, hoje se encontra completamente fragmentada, reduzida a 16% de sua exuberância original, de acordo com as estimativas otimistas. Ainda assim, essa floresta mantém parte de sua grandiosidade, abrigando uma rica biodiversidade, da qual uma fração significativa é endêmica, ou seja, não existe em outro lugar.

A vegetação da mata atlântica varia ao longo de sua extensão devido à presença de climas variados, com regimes de temperatura e precipitação diferentes em cada região. Portanto, é de se esperar que a fauna que nela habita também apresente variações.

Para entender melhor como a fauna está organizada em uma região tão ampla e diversa como a mata atlântica, é necessário aplicar uma técnica conhecida como regionalização. Por meio dela, é possível dividir uma região geográfica em porções menores com base nos grupos de espécies de cada área.

Foram compiladas 218 localidades, que juntas contabilizaram 198 espécies de serpentes

Em um estudo recente, analisamos quais processos causariam a regionalização das serpentes na mata atlântica. Procuramos informações sobre as serpentes da mata atlântica na literatura especializada e consultamos dezenas de especialistas que colaboraram com dados valiosos sobre estudos que conduziram.

Ao final, foram compiladas 218 localidades, que juntas contabilizaram 198 espécies de serpentes. Esse número sobe para 219 espécies se considerarmos algumas serpentes que não foram encontradas pelos inventários compilados – espécies endêmicas de ilhas, como a jararaca-ilhoa (Bothrops insularis) ou muito raras, como a jiboia-de-Cropan (Corallus cropanii).

A caninana (Spilotes pullatus) pode ser encontrada ao longo de todo o bioma da mata atlântica. (foto: Antônio Bordignon)

Os resultados encontrados mostram que as comunidades de serpentes na mata atlântica podem ser divididas em seis sub-regiões. Embora algumas espécies sejam observadas por quase todo o bioma, como a cobra-cipó (Philodryas olfersii) e a caninana (Spilotes pullatus), há serpentes que só vivem no norte da mata atlântica, como a corredeira-da-mata (Dendrophidion atlantica) e outras encontradas apenas no sul, como a nariguda-da-praia (Xenodon dorbignyi). Há também espécies típicas de outros biomas que podem ser encontradas no oeste da mata atlântica, como a cobra-d’água-de-Herrmann (Hydrodynastes bicinctus).

A pesquisa também indicou que a organização geográfica dessas seis sub-regiões pode estar ligada ao clima, especialmente às variações na temperatura e na quantidade de chuvas ao longo da mata atlântica. Serpentes são animais ectotérmicos e, como tal, dependem das condições ambientais para regular a temperatura do corpo. Em regiões tropicais, a dificuldade das serpentes não é se manter aquecidas, mas refrigeradas. Por isso, a quantidade de chuvas também é importante, pois serpentes bem hidratadas estariam menos sujeitas ao superaquecimento.

Outro achado interessante é que a variação climática ao longo dos últimos milênios também ajuda a explicar como as diferentes espécies de serpentes se distribuem na mata atlântica nos dias de hoje. Áreas com relevo complexo, como regiões serranas, teriam sido menos afetadas pelas mudanças ambientais no passado, possuindo maior estabilidade climática e possibilitando a sobrevivência histórica de espécies adaptadas a esse tipo de hábitat, como a muçurana-da-serra (Mussurana montana).

A regionalização das serpentes da mata atlântica é um passo importante para compreendermos melhor vários aspectos da biologia desses animais. Se fatores climáticos como a temperatura e a chuva influenciam a distribuição e a sobrevivência das serpentes, o que poderá acontecer se o cenário de mudanças climáticas sob influência humana não for controlado? Pesquisas que busquem responder essas e outras perguntas poderão auxiliar no planejamento de estratégias para a conservação dessa exuberante floresta tropical e de sua rica biodiversidade.

Henrique Caldeira Costa
Departamento de Zoologia
Universidade Federal de Minas Gerais
Antônio Jorge S. Argôlo
Departamento de Ciências Biológicas
Universidade Estadual de Santa Cruz
Mario Ribeiro Moura
Instituto de Biologia
Universidade Federal de Uberlândia

Jararacas "gigantes" em São Paulo

24 de agosto de 2018

Janaína Simões  |  Agência FAPESP – Em São Paulo, é mais fácil encontrar jararacas (Bothrops jararaca) “gigantes” no pequeno fragmento de Mata Atlântica existente no Parque do Estado do que em uma área bem maior, como no Parque Estadual da Cantareira, apesar de haver mais alimento disponível para elas nessa última área. 

Um novo estudo indica que a explicação para essa diferença está na quantidade de predadores existentes no habitat e não na disponibilidade de alimento, como se pensava no início do trabalho.

Estudo mostra por que jararacas de grande porte são mais frequentes no Parque do Estado do que em outras e maiores áreas verdes na capital (foto: Otavio A. V. Marques / Instituto Butantan)

Os resultados foram descritos no Journal of Herpetology, em artigo originado do trabalho de mestrado de Lucas Henrique Carvalho Siqueira no Instituto de Biociências, Letras e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em São José do Rio Preto. O estudo teve bolsa da FAPESP e orientação do pesquisador do Laboratório de Ecologia e Evolução do Instituto Butantan, Otavio Augusto Vuolo Marques. 

Foram comparadas serpentes do Parque Estadual das Fontes do Ipiranga – conhecido popularmente como Parque do Estado e que fica na Zona Sul de São Paulo, onde estão os jardins Zoológico e Botânico – com as do Parque Estadual da Cantareira, situado na Zona Norte e cujo clima e vegetação são semelhantes ao primeiro, mas não é isolado como o Parque do Estado, que tem área 16 vezes menor. 

Essas jararacas são chamadas de “gigantes” por serem bem maiores do que a média. Porém, isso não significa que haja um gigantismo nessa população. O que ocorre é que existe uma maior abundância de espécimes muito grandes (em torno de 1,5 metro de comprimento) no Parque de Estado. 

O tamanho dessas jararacas coletadas no parque foi o que chamou a atenção de Marques. “Recebemos muitas jararacas no Butantan e algumas apresentavam tamanho acima da média. Quando checávamos a procedência, constatávamos que vinham do Parque do Estado”, disse.

Estudos anteriores mostraram que serpentes de grande porte, em geral, são encontradas em ilhas. Segundo Marques, o isolamento de populações oferece bons exemplos de divergências morfológicas. 

“O Parque do Estado não tem conexão com outras áreas de mata. É como uma ilha, só que em vez de rodeada de água, está isolada pela cidade”, disse Marques à Agência FAPESP. Trata-se de uma unidade de conservação de 540 hectares, coberta por um remanescente da Mata Atlântica. 

“Resolvemos verificar se essas serpentes estavam ficando maiores do que outras populações e estudar algumas variáveis que seriam respostas para explicar essa diferença de tamanho: a oferta de recurso alimentar e a presença de predadores”, disse.  

Para entender o fenômeno, Siqueira utilizou dados morfológicos sobre jararacas existentes em pesquisas publicadas, em serpentes preservadas na coleção do Instituto Butantan que eram provenientes desses dois lugares e foi a campo para coletar dados originais.

“Também colocamos armadilhas para analisar a disponibilidade de recurso alimentar nas duas áreas. As jararacas adultas se alimentam de pequenos roedores”, disse Siqueira. 

Os autores do estudo se basearam em duas hipóteses. A primeira era de que as jararacas do Parque do Estado eram maiores porque lá provavelmente haveria maior oferta de recurso alimentar. Em estudos feitos por pesquisadores do Instituto Butantan em Alcatrazes, litoral norte de São Paulo, constatou-se que as jararacas que habitam o continente e se alimentam de roedores são maiores do que as presentes na ilha, que não têm este tipo de presa. 

Em Alcatrazes, as jararacas se alimentam de pequenos sapos, lagartos e lacraias, animais de baixo valor calórico. São chamadas de anãs, por atingirem no máximo meio metro.

“Relacionamos o tamanho pequeno com uma alimentação calórica restrita, então, no caso do estudo em São Paulo, era natural pensar em uma grande oferta de recurso alimentar e fazia sentido pensar nos ratos urbanos, já que o Parque do Estado está em uma área urbana alterada”, disse Marques. 

Segundo Siqueira, porém, não houve diferença na média do tamanho entre as duas populações de jararacas presentes em ambos os parques. “Mas observamos uma proporção maior de fêmeas gigantes no Parque do Estado em comparação com o Parque da Cantareira”, disse. As jararacas fêmeas alcançam porte maior do que os machos. 

O biólogo montou armadilhas para capturar algumas das presas. “Também surpreendeu a disponibilidade de alimento, que não era maior do que na Cantareira. Capturamos menos ratinhos no Parque do Estado e não confirmamos a presença de ratos urbanos, só de ratos silvestres durante o tempo do estudo”, disse Siqueira.  

Ataques em massa

Diante da inesperada constatação de que não era a disponibilidade maior de alimento que explicava ser mais frequente a presença de jararacas “gigantes” no Parque do Estado do que no Parque da Cantareira, restou investigar a segunda hipótese, relacionada à presença de predadores. “No Parque do Estado, registramos menos da metade de ataques em comparação aos observados na Cantareira”, disse Siqueira.  

Esse foi outro desafio do estudo: como observar e ter indicador sobre os ataques de predadores. Isso foi resolvido com o uso de modelos feitos em massa de modelar, como as usadas por crianças para brincar. Com essa estratégia, Siqueira pôde verificar quais são os predadores e a frequência de ataques que as cobras sofrem em ambos os parques. 

“Confeccionamos 1.440 réplicas de indivíduos adultos de jararaca, usando uma cor parecida com a da cobra e evitando qualquer tipo de mancha para não haver nenhum viés nos resultados”, disse.  

Em cada um dos parques foram usadas 720 réplicas – 60 utilizadas mensalmente –, que ficaram por dois dias em cada localidade. As marcas dos ataques dos predadores ficaram impressas na massa de modelar. 

“Saber o número absoluto de predadores de jararaca existentes iria requerer uma câmera em cada uma das réplicas, o que não era viável. Mas conseguimos quantificar a frequência de ataque e dizer se o predador era ave ou mamífero”, disse.  

No Parque da Cantareira, aproximadamente 12% das massinhas foram atacadas, um valor alto se comparado com trabalhos relacionados a serpentes feitos anteriormente. No Parque do Estado, cerca de 5% dos modelos foram atacados. “Registramos mais do que o dobro de ataques na Cantareira”, disse Siqueira à Agência FAPESP. 

Mas qual a relação entre ter menos predadores e o tamanho das cobras? Segundo Marques, as serpentes crescem a vida toda, apesar de a taxa de crescimento ser muito baixa nos indivíduos mais velhos. 

“Para que possam crescer muito, precisam ter uma longevidade grande, viver muito tempo. Como há menos ataques de predadores no Parque do Estado do que no Cantareira, então temos uma explicação plausível para a existência mais frequente de serpentes gigantes por lá. A atenuação da predação permite que elas cresçam”, disse Marques. 

Segundo o pesquisador, o estudo é mais uma contribuição na busca pela preservação de fragmentos florestais como o do Parque do Estado. “Estudos como esse possibilitam entender melhor a dinâmica desses fragmentos florestais, o que pode auxiliar – por exemplo – em ações de manejo para sua conservação”, afirma. 

Como consequência do mestrado, Siqueira agora está estudando no doutorado métodos e formas para estimar a idade de jararacas e cascavéis. O procedimento comum é fazer cortes nos ossos da cobra, onde existem marcas de crescimento, à semelhança do que ocorre com os anéis dos troncos das árvores. 

“Temos uma população senil de jararacas e precisamos saber suas idades, conhecer melhor as taxas de crescimento”, concluem os autores do estudo.

O artigo Effects of Urbanization on Bothrops jararaca Populations in São Paulo Municipality, Southeastern Brazil (doi: https://doi.org/10.1670/17-021), de Lucas Henrique Carvalho Siqueira e Otavio Augusto Vuolo Marques, pode ser lido por assinantes do Journal of Herpetology em www.bioone.org/doi/full/10.1670/17-021.